• 検索結果がありません。

Study on g e n e t i c  d i v e r s i t y  and c h a r a c t e r i s t i c s  of  Japanese n a t i v e  h o r s e  p o p u l a t i o n s  

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

シェア "Study on g e n e t i c  d i v e r s i t y  and c h a r a c t e r i s t i c s  of  Japanese n a t i v e  h o r s e  p o p u l a t i o n s  "

Copied!
132
0
0

読み込み中.... (全文を見る)

全文

(1)

Study on g e n e t i c  d i v e r s i t y  and c h a r a c t e r i s t i c s  of  Japanese n a t i v e  h o r s e  p o p u l a t i o n s  

September, 2019 

Paul Ripon Chandra 

G r a d u a t e  S c h o o l  of E n v i r o n m e n t a l  and L i f e  S c i e n c e   ( D o c t o r

C o u r s e )  

OKAY  AMA  UNIVERSITY 

(2)

S t u の ' on g e n e t i c  d i v e r s i 砂 andc h a r a c t e r i s t i c s  of  J a p a n e s e  n a t i v e   h o r s e  p o p u l a t i o n s  

A T h e s i s  

Submitted to partial fulfillment of the requirements for the degree of 

D o c t o r  of  P h i l o s o p h y  

by 

P αu l  Ripon Chandr α 

Under the Supervision of 

P r o f e s s o r  T e t s u o  Kunied

α 

Graduate School of Environmental and Life Science  (DoctorCourse) 

Okayama University, Japan  September, 2019 

(3)

Contents  Contents 

List of Figures  Ltof Tables  Dedication 

Acknowledgement  List of Abbreviations  Abstract 

Chapter 1: Generαl Introduction 

1.1: INTRODUClON 1.2: OBJECTIVES 

Chapter 2: Analysis of Mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome  hαplotypes in Japanese native horses 

2.1INTRODUCTION  2.2OBJECTIVES 

2.3MATERIALS AND METHODS  2.4RESULTS AND DISCUSSION  2.5: CONCLUSIO

Chapter 3: A Study on genotyping of genes related to wither height, body  conformation and locomotion traits in J anesenative horses 

3.1INTRODUCTION  3.2: OBJECTIVES 

3.3MATERIALS AND METHODS  3.4RESULTS AND DISCUSSION  3.5CONCLUSIO

Chapter 4: A Study on geno砂pingof genes related to reproductive traits  and hereditaηy disorders in Japanese native horses 

4.1INTRODUCTION  4.2OBJECTIVES 

4.3: MATERIALS AND METHODS  4.4RESULTS AND DISCUSSION  4.5: CONCLUSlO

Chapte1・5:A Study on geno仰 ingof genes related  to  coat  color  in  Japanese native horses 

5.1INTRODUCTION  5.2OBJECTIVES 

5.3: MATERIALS AND METHODS  5.4RESULTS AND DISCUSSION  5.5CONCLUSIO

Chapter 6:  General Conclusion  Chapter 7: References 

νzν  νii 

ix  xi  15  714 

7  14  1540 

15  18  18  21  30  4161 

hU 

1 3 3 5 4

4 4 4 4 5

4

K υ  

62  64  64  65  69  7796 

Oびハ υ r

ι

U

U F I

7 I U 4

7 8 8 8 8

ケ /

JA

U  AY   Fi  

(4)

List of Figures 

Figure 2.1  Geo gr.

α

phicαl locαtion of 8 Japα:nese native horse populαti on  31  Figure 2.2  Schematic drαwing of kompetitive allele specific PCR  31  Figure 2.3  N‑Jtree bαsed on 247 bp of mtDNA D‑loop region in eight  32 

Jαpα:nese nαtive hoγ:se breeds including references from Cieslak et  α  2010 .l

Figure 2.4  Y Chromosome hap lo type network for Japanese male horses  33  Figure 2.5  Y chromosome hαplotype network for male horses jシomEurope,  34 

Asiααnd Przewαlskis horse 

Figure 3.1  Wither height  55  Figure 3.2  Ambling gait in horse  55  Figure 5.1  MCI R signaling in coat color formation in horse  88  Figure 5.2  Horse coat color controlled by MCI R, ASIP,αnd MATP genes  89  Figure 5.3  Determinαtion of dun coat color By Imsland et al.,  2016  90 

(5)

Table 2.1  Table 2.2  T

αble 2.3 

T

αble 2.4 

ν 

List of Tables 

PCR product preparation for purification and sequencing  35  Y chromosome haplotypes‑indicatiνe markers used in Japanese native  3 6  horses 

Comparision  of Number of Hap lo types,  Hap lo type  and Nucleotide  3 7  diversi ofmtDNA D‑loop region  within  different Japanese native  horse populations 

Hap lo types of the mitochondrial D‑loop region and their distribution in  38  Japanese  native  horses  compαred with rψrence  sequence X79547 

(15494‑15740bps), Kaloi etαl.,  2007αnd Takiαsuet al., 2014 

Table 2.5 Hαrplo

pesof mitochondrial DNA (mtDNA) D‑loop region and their  39  distribution in Jαpαnese nαtive  horses compαred with  Cieslak etαl.,  2010 (excluding hotspot region 15585, 1559

15604αnd15650) 

Table 2. 6  Y chromosome hap lo type distributions in Japanese native horses  40  Tαble 3.1 

Table 3.2  Table 3.3 

T

αble 3.4  Table 3.5 

Table 3.6  T

αble 4.1 

Table 4.2  Table 4.3 

Primer,  tαrget  length,  Amino acid substitution  and r句作rencesfor  56  genotyping LCORL, ZFAT, HMGA2, LASPl, MSTN and DMRT3 in  Jαrpanese nαtive horses 

PCR conditions  5 7  Genotyping  by sequencing and restriction enzyme with  cleavage site,  58  incubation temperature and time of incubation 

Genotype distribution αnd allele j

uenciesof LCORLαnd ZFAT in  59  Jαrpanese native horses 

Genotype distribution and allele jたquenciesof HMGA2 and LASP 1 in  60  Japαnese nαtive horses 

Genotype distributions and allele jquenciesof MSTNαnd DMRT3 in  61  Japαnese nαtive horses 

Primer,  tαrget  length,  Amino acid substitution  and r句作rences for  70  genotyping  FKBP6, PLCzl, CRISP3, GYSl, RYRl and SCN4A genes  in Japanese nαtive horses 

PCR conditions  71  Genotyping  by restriction  enme, their  cleαvage site,  incubation  72  temperature and time of incubation

equencing

Table 4.4  Genotype distributions αnd allele}

uenciesof FKBP6 gene.  Table 4.5  Genotype distributions and allele}quenciesof CRISP3 gene 

73  74 

(6)

Table 4.6  Genotype distributions of PLCZJ, GYSJ, RYRJ, and SCN4A genes  75  Table 5.1  Primer,  tαrget  length,  Amino acid substitution  αnd r句作rences for  91 

genotyping MCI R, ASIP, MATPαnd TBX3 in Japαnese native horses  Table 5.2 

Table 5.3 

Table 5.4  Tαble 5.5  Table 5.6  Table 5. 7 

PCR conditions  91  Genotyping  by PCR/sequencing I restriction enzyme , their cleaνage  92  site, incubαtion temperareand time of incubαti on 

Genotype distributions  and allele jたquenciesof MCJR, ASIP and  93  MATP gene 

Coat color distribution  in Jαrpanese native  horse  (basic and cream  94  dilution) 

Genotype distributions and allele jquenciesof TBX3 gene.  9 5  Coat color distribution in Jαrpanese native horse (dun, non dun] and  95  non dun2) 

(7)

Vll 

Dedication 

to 

My beloved wife 

(8)

Acknowledgement 

The work leαding up to this thesis was done during my yearsαs grαduαte student with  research group of Applied Animal Genetics in the Graduate School of Environmental and  Life Science,  Okayama Universi砂, Japan.These years have been verアstimulatingand  instructiveαnd the chee1

ル ;

latmosphere in  the group hαs given rise to  many interesting  discussion αnd ideas, on topics both more and less related to research. 

First of all I want to thank Pr

ψ

ssor Tetsuo KUN/EDA, my supervisor, for hおsupport and encourαgement during this work and his sympαthetic cooperation and suggestions,  continuous advice and generous 

h φ

in many ways for completion of this study. 

I am deeply indebted to  Dr.  Takehito Tsuji Laboratoη of Applied Animal Genetics,  Okayαma Universi砂, Japanand Dr.  T.αkayuki !bi Laboratory of  Genetics and Animal  Breeding, Okayama University, Japan for their sympathetic cooperαtion and suggestions,  continuous advice and generous h

φ

in mαny ways for the completion of this study. 

I amαlso grat

φl 

to Ministry of Education,  Culture,  Sports, science and Technology 

似'EX

, 刀

Governmentof Japan for affording me the MONBU

κ

4GAKUSHU Scholarship  to conduct this study αnd my thanks go to Okayαma University for academic support. My  special thanks to Ken NOZA WA, Primate Research Institute, Kyoto Universi,砂 Japanfor  providing the Japαnese nαtive horse blood sample and Dr. Barbara Wαliner, Institute of 

Animal Breeding and Genetics,  University of Veterinary Medicine Vienna, Austria for  cordiαl heljinthis study. 

Iαlso thanks to Department of Genetics and Animal Breeding, Patuakhali Science and  Technology University,  Bangladesh for giνing the opportunity for this  study affording  study leave for 3 years. 

I would like to  express my dearest appreciation and indebtedness to  my beloved w砕 AshαDebfor his  constant cooperation,  encouragement and mental  support during my study αnd my daughter Adrit,αPaul for her special αscrifice letting me  put most of my time in  laborat01・ア Lαstbut not least,  I am profoundly obliged to  my  parentsαll  of the laboratoηy members, my elder brother, relatives and jシiendseverywhere  for  their  continuous  iniration and  moral  support  in  pursuing  the  work. 

(9)

% μ

か し

μM

c  cm  del  DNA  dNP D W   EBV‑PAT  FAO  g. 

GWAS  h  HT  HWE  KASP  kg  m M   mtDNA  N  ng  N‑J p 

rPm  SNPs 

TAE  TE  TNESU 

YBP  π 

χl 

List of Abbreviations 

Percentαge  Micro Litre  Degree Celcius  Amino Acid  Base Pair 

Coding  Centimetre  Deletion 

Deoxyribonucleic Acid 

Deoxyribonucleotide‑triphosphαtes  Distilled Water 

Estimated Breeding Values for the Paternal component of  the Pregnancy αrte per Oestrus cycle 

Food and Agriculturαl Organizαti on  Genomic 

Genome Wide Association Study  Hap lo

pediνersity 

Hap lo type 

Hardy‑Weinberg Equilibrium  Kompetetive Allele Specific PCR  Kilogram 

Mili Malαr 

Mitochondrial DNA  Number 

Nαno Gram 

Neighbour Joining  Protein 

Probability 

Rotation Per Minute 

Single Nucleotide Polymorphisms  Tris‑Acetic Acid‑EDTA 

Tris‑ED TA 

Tris‑Nacl‑EDTA‑SDS‑Urea  Unit 

YearB

φ

re Present  Nucleotide Diνersity 

(10)

A large number of local horses have historically been raised in Japan for  drafting,  packing,  and  riding  utilities  in  transportation,  agriculture,  and  military  pu

ose,but  the  population  of these  Japanese native  horses  has  dramatically reduces in recent times, and currently only eight local populations  of Japanese native horse,  namely Hokkaido, Kiso, Noma, Taishu,  Misaki,  Tokara, Miyako, and Y onaguni breeds, have remained for mainly conservation  purpose in  several  locations  of Japan.  While the population sizes  of these  horses are markedly small except Hokkaido, these native horse breeds may have  unique genetic characteristics. Since such unique genetic characteristics can be  valuable for maintaining the genetic diversity of the domestic horse population,  efforts must be taken to conserve the Japanese native horses. Currently, various  genetic  indexes  are  used to  assess  the  genetic  diversity  of a population,  including microsatellite markers and mitochondrial DNA (mtDNA). In addition,  due to  recent  advances  in  molecular genetic  analysis  of domestic  animals  including genome wide association study (GWAS), various single nucleotide  polymorphisms (SNPs) or mutations of the  genes associated with particular  traits of horse including physical performance, body conformation, coat color,  reproductive performance as  well  as  hereditary  disorders,  are  also  used to  evaluate the genetic characteristics of the horse populations. 

In this sdyhaplotype of mtDNA, Y chromosome haplotypes and genotypes  of  genes  associated  with  physical  performance,  body  conformation,  reproductive traits, hereditary disorders as well as coat colors were investigated  to reveal the genetic diversity and characteristics of these Japanese native horse  populations. 

Haplotype of mtDNA D‑loop region was analyzed to assess the relationships  of the maternal lineage between the eight populations of Japanese native horses. 

(11)

2  Abstract 

The results  obtained  from these  populations  indicated  the  presence  of 15  different haplotypes with haplotype and nucleotide diversities of 0 to 0.874 and  0 to  0.023,  respectively,  except  the  Noma and Tokara which showed no  variation of mtDNA. Furthermore, Neighbour Joining (N‑J) tree showed few  common haplotypes in these populations. In addition, about 44% of Japanese  native horse shared X3cl haplotypes which is  regarded as ancient haplotype and  few other ancient haplotypes were also observed in these populations. Next, to  investigate origin and relationship of patriline of these populations, allelic states  of 24 Y chromosome haplotype‑indicative  SNPs were analyzed.  As of the  result, total 8 Y chromosome haplotypes were detected in these native horses.  All  the  horses 丘omKiso, Misaki  and  some of Miyako populations  have  haplotypes which was influenced by English Thoroughbred, and about 36%, of  the Japanese native horse have haplotype which was influenced by Arabian  horse  breed.  In  addition, a small  percentage  of these  populations  have a  haplotype that was thought to be influenced by Iberian and North A丘icanBarb.  However, the  remaining horses have unique haplotypes which predicted to  separate from the root of the group regarded as modem horse groups or those  separate from root of phylogenetic tree of domestic horse at earlier ages. These  findings  suggested that  the  Japanese native horse populations have retained  ancestral genetic features in both maternal paternal lines. 

Japanese native horses are small horses used mainly for riding, agricultural  transport and packing loads. In this study, the SNPs of the genes associated with  physical  performance,  body  conformation  and  locomotion  traits  including  LCORL,  ZFAT,  HMGA2,  LASPJ,  MSTN and DMRT3 genes,  which  are  associated with increased wither height, increased muscle mass and ambling  gait,  were genotyped in  Japanese native horses by PCR‑RFLP and/or direct  sequencmg.  As the  results  of the  genotyping,  both  two  alleles  of ZF AT  g.75550059 C>T, HMGA2 g.81481064 C>T, LASPJ g.23259732 A>G, and 

(12)

Abstract 

MSTN g.66493737C>T were observed in the all  population of these horses  except for ZFAT g.75550059 C>T in Misaki and MSTN g.66493737C>T and  LASP 1 g.23259732 A>G in Noma which were mono allelic. Similarly, both two  alleles of LCORL g.105547002 C>T in Hokkaido, Noma, Miyako and Kiso, and  of DMRT3 g.22999665C> A in  Hokkaido,  Miyako  and  Y onaguni  were  observed, whereas remaining were mono allelic for these genes. It also showed  that,  average minor allele丘equencieswere, 0.03, 0.22, 0.21, 0.16, 0.07 and  0.03,  for LCORL g.105547002  C>T, ZFAT g.75550059  C>T, HMGA2 g.  81481064 C>T, LASPJ g. 23259732 A>G, MSTN g.66493737C>T and DMRT3  g.22999665C>A, respectively. The presences of the minor alleles of these genes  at  low frequencies suggest a possibility that these horse populations have not  been under strong  selection  pressure  for  particular  body composition  and  locomotion traits. However, relatively high frequency of the allele of DMRT3  gene associated with gaitedness in Hokkaido population suggest a possibility  that  this  horse  population  has  been  under  strong  selection  pressure  for  locomotion traits including gaitedness. The present findings of the presence of  these minor alleles  in  Japanese native horses will  be inforτnative for白印re selection, breeding and conservation. 

Since the eight native horse populations have currently been conserved in  Japan as  small populations,  to  uncover their genetic properties  involved in  reproductive traits and hereditary disorders is  important for their breeding and  conservation programs. Therefore, genotype distribution and allele企equencies of the genes associated with stallion reproductive traits and hereditary disorders  in the populations of the eight Japanese native horse breeds were investigated.  The  genotyping  results  of  single  nucleotide  polymorphisms  of FKBP6  (g.11040315G>A and g.11040379C>A), CRISP3 (c.622G>A and c.716A>G),  and PLCZJ (g.45586821C>T) genes associated with stallion fertility including  semen qualities and impaired acrosome reaction showed that both desirable and 

(13)

Abstract 

undesirable  alleles  of FKBP6 and  CRISP3 genes  were present  in  the  populations, while only undesirable allele  of PLCZJ was observed in  these  populations. Mutation of GYSJ (c.926G>A), RYRJ (c.7360C>G), and SCN4A  ( c.4248C>G)  genes  which  are  associated  with  polysaccharide  storage  myopathy,  malignant  hyperthermia,  and  hyperkalaemic  periodic  paralysis,  respectively, were also investigated and found that no mutant alleles responsible  for these hereditary disorders were present in the populations of Japanese native  horse.  Since  higher  reproductive  performance  and  healthy  condition  is  important  for  the  breeding  of  Japanese  native  horses  to  maintain  the  considerable number of horses in  the population, the present findings of the  distribution of the alleles of the genes associated with reproductive traits and  hereditary disorders will be informative for the conservation of these breeds. 

Correct animal identification is  important for selection and breeding, and  coat color is  one of the indexes for the identification. To uncovers the coat color  genotype,  mutation  of MCJR c.901C>T  and ASIP c.2174‑2184del  genes  associated with basic coat colors of chestnut, bay and black, MATP c.457G>A  with cream dilution, and TBX3 g.18227267+ 1066G>T and g.18227267 1.6 del  with dun coat color were genotyped, and found that both alleles A,αin MCJR  and E,  e in ASIP for  basic  coat  color were present  in  all  of these  horse  populations,  while  cream  dilution  allele 

e r  

was  present  in  only  three  populations. In addition, two (dl,d2) of the three alleles, D,dl and d2, of TBX3  gene were present  in  all  Japanese native  horse  populations  that  were not  associated with dun color but shows primitive markings, such as dorsal stripe.  These findings suggested that these populations have retained ancestral features  of the coat color gene. 

The present findings of the genetic diversities of maternal and paternal lines  indicated by mtDNA and Y chromosome haplotypes and distributions of the  alleles  of genes  associated  with physical  perfonance,body conformation, 

(14)

Abstract 

reproductive traits, hereditary disorders, and coat color in the Japanese native  horse populations  will  be informative  for furebreeding  and conservation  programs. In  addition, the present findings that Japanese native horses have  retained some ancestral genetic features in maternal and paternal lines and coat  color gene will be important for  genetic characterization of Japanese native  horse populations. 

(15)

CHAPTERJ 

General Introduction  1.1: INTRODUCTION 

Farming  and  animal  domestication  were  fundamental  steps  in  human  development, contributing to the rise of larger settlements and more stratified  societies and eventually, great civilizations. Horse is  one of the domesticated  animals  that  had played  a very  significant  role  in  the  human civilization  (Diamond, 2002; Gupta, 2004; Ludwig et al., 2009). The Tarpan (Equss ferus),  a wild European horse already been extinct in  last cenry(Bokonyi, 197 4a ;  Zeuner, 1963; http://www.ansi.okstate.edu/breeds/horses/), are regarded as the  ancestors of present day horses and the Przewalski horse ( Equss Przvalski

the only remaining wild horse in  the world, the closest living wild relative  species  of  the  present  domestic  horses  (Equus  caballus).  Moreover,  archaeological data and coat color variations indicated that horse was probably  first  domesticated in  Eurasian steppe around 5,000 years ago (Ludwig 

u α

l.'  2009;  Outram et  al.,  2009;  Warmuth et  al.,  2012)  and both  domesticated  stallions and mares spread out omthis area, and then additional wild mares  were added from local herds (Christa .l, 2012). Since the domestication of  horses, the history of utilization of horses can be traced from the rise and fall of  empires,  the  conquest  of entire  continents,  great  battles,  developments  of  transport systems, mail, agriculture, forestry progress and in times of war and  peace (Bowling and Ruvinsky, 2000). During the middle of the 19th cenry, heavy breeds of horses were developed for agricultural and forestry works, coal  mines,  as  power to  other pieces of heavy machinery and for  pulling  carts.  Horses have been also  used by military  forces  for  expeditions,  riding,  and  transportation.  The mechanization of transport and agriculture  increased the 

(16)

General Introduction 

attention of many horse breeds for the development of breeds for sport and  leisure activities. The role of the horses has mirrored the changes in the human  society from war horse to  draft horse to todays sport or companion animal  (Waran, 2002).  In recent times, one of the promising and emerging areas for the  use of many breeds of horses is  for competitive events or as sports animals. The  development of leisure activities for horses reflects a regular decrease in the  number of draft horses and a constant increase in the number of sport horses  (Langlois et  al., 1983).  Sport  horse  breeds  are  intended  to  be used  in  competitions  for  the  major international  equestrian  disciplines  of dressage,  jumping, three day eventing, racing, trotting, endurance, and vaulting.  In recent 

years,  horses  are  also  used  in  tourism,  medical  therapy, hobby,  social  rehabilitation, or  social  eventing, aesthetic  and for  cultural  values. Horses  became progressively used for transportation, agriculreand forestry, leisure,  recreation, sports, meat and therapeutic riding (Hausberger et al., 2008; Splan,  2004;  Anderson et al 1999).Besides  this, the  equine  industry  plays  a  significant role in the socio‑economic and environmental sector of a country.  Data of FAOSTAT (2008) shows that there are 58.8 millions of horses in the  world and a total of 786 breeds of horses were reported as of January 2006  which is  10.33 % of the total number of livestock breeds, whereas excluding 87  extinct horse breeds, there are  570 local breeds, 63 regional trans boundry  breeds and 66 international trans boundry breeds (Khadka, 2010). Since the  domestication, horses spread all over the world and locally adapted in various  environment. But the number of native animals has recently been decreasing  worldwide (Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO):  Commission on Genetic Resources for Food and Agriculture, 2015). Due to  mechanization and modernization of cities  the number of native horses also  decreasing rapidly. In Japan, the horse industry produced 7000 Thoroughbreds  annually from 20 I 0 to 2014 whereas; only about 200 animals belonging to eight 

(17)

9  General Introduction 

Japanese  native  breeds  were produced  annually  during  the  same  period  (htwww.maff.go.jp/j/chikusan/kikaku/lin/pdf/27̲zentai.pdfi

page=70).

1ongolianhorse represents  ancient horse population of Euresian steppe;  have not subject to  artificial selection, reported to  ancestor of Japanese native  horses. According to the literature, Japanese horse populations are descended  from Mongolian horses through the Korean peninsula and have spread all  over  Japan since there were no horses in  Japan about 2,000 years ago and  these  populations localized to the particular areas in Japan and affected by the gene  flow of each other (Tozaki, 2003). Since then,  a large number of local horses  have historically been raised in Japan for drafting, packing, and riding utilities  in transportation, agriculture, and military purpose, but the population of these  Japanese native horses has dramatically reduces in recent times, and currently  only  eight  local  populations  of  Japanese  native  horse  breeds,  namely  Hokkaido,  Kiso,  Noma, Taishu,  Misaki,  Tokara,  Miyako,  and Yonaguni  breeds, have remained for mainly conservation puosein several locations of  Japan (Nozawa, 1992; Ichikawa, 1984; Hayashida, 1958). While the population  sizes  of these horses are markedly small ranging from tens to  200 animals,  except for the Hokkaido population, which includes more than 1,000 animals  (Senokuchi et αl.,  2018; Sen u et al., 2017a; Sen u et al., 2017b; Kobayashi et  a.l, 2019; Takasu et al., 2011; Onogi et al., 2017), these native horse breeds  may have unique genetic characteristics which can be valuable for maintaining  the genetic diversity of the domestic horse populations (Nozawa et al., 1998;  Kakoi 

u α

l.,  2007; Tozaki et  al.,  2003).  So,  origin,  physical characteristics  including wither height and coat color as well as purposes of use of the local  population were reported various times are described below. 

Hokkaido originated企omhorses of a Mongolian lineage (Nozawa et αl.,  2001; Tozaki 

u α

l.,  2003) that were transported 企omthe main island of Japan  around the 15th cenry(Miyakami, 2006; Kondo, 2012) and were used as pack 

(18)

U

EA 

General Introduction 

horses until about the mid‑l 960s (Kondo, 2012). It has a patient disposition and  comparatively  small  body size  (male:  127‑135  cm,  female:  123‑133  cm)  (Nozawa, 1997; Kondo, 2012). Moreover, horses have been recognized as  a  good fat  stock,  given their ability to  grow well on a roughage diet  (Kondo, 

1998;  Clauss et  al.,  2003;  Miyakami,  2006).  Furthermore,  Hokkaido  is  a  globally interesting horse breed in  terms of naturally pace gait and exhibits a  rich variation in coat color. Pedigree record has registered more than 10 coat  colors  including chestnut, bay, black, grey, palomino, buckskin, double dilutes,  chestnut roan,  bay roan and black roan.  (Hachinohe,  1982), which is  make  Hokkaido horse valuable genetic resource for白印recoat color investigation. 

Kiso horse is  a breed of Japanese native horses that originated from the  mountainous Kiso region of central Japan and historically, which had cultivated  the poor highlands as well as used for transportation in rugged mountainous  areas.  These  horses  are  medium‑sized,  with  height  at  withers  and  chest  circumference of approximately 130 and 176 cm, respectively.  In addition, they  possess  traditional  characteristics  including  dorsal  stripes  and  knock‑knee.  (Takasu et al.,  2011). Moreover, most of the surveyed horses (92.8%) in 2011  had bayish coat color without white spots (Mukoyama, 2007; Takasu et  al.,  2011). Furthermore, in  these horses, various coat colors have been recorded,  such as bay, black, chestnut, gray, and white. But, currently it  has only three  coat colors: bay, chestnut, and buckskin (Takasu et al.,  2011; Nakamura etαl.,  2019). 

Noma horse is  a pony breed originating in Imabari, Ehime Prefecture, and is  the  smallest  horse among Japanese native  horses with the  average withers  height of 11 Ocm to  l 20cm. The common coat color was gray in Edo period but  nowadays it  is  mostly bay or chestnut. Moreover, it  was bred actively due to its  physical strength with a little  vegetation and didnt require horse shoes for 

(19)

11  General Introduction 

carrying goods up to  70kg.  Consequently, Noma was used for  farming and  conveyance (http://www.minnanojouba.com/mame̲  chishiki02 ̲en.html). 

Taishu is  another small Japanese native horse with 110 cm to 130 cm withers  height that has been bred at  Tsushima city, Nagasaki Prefecture. The original  coat was black in color but nowadays bay or chestnut are more common. Like  other Japanese native horses, the Taishu are quiet, withstand in the lean diet and  strong legs with hard hooves that wont require horse shoes. Therefore, it  has  been used for  farming,  transporting  woods, agricultural  products  and daily  goods. (http://www.minnano‑jouba.com/mame ̲ chishiki02_n.html). Historical  evidence shows the genetic introgression of the AngloArabianinto the Taishu  during WWII, which caused doubt concerning the purity of the breed (Tezuka et  al., 2018) 

Misaki population inhabits a limited meadow area in  Toi Cape, Miyazaki  Prefecture,  which  is  located  in  southwestern  Japan.  This  population  is  maintained under similar to  those in  the wild (Kaseda,  1981; Kaseda et  al., 

1982) and phenotypic traits of the ancestral orpure Japanese native breed are  well maintained in this population (Kaseda, 1984). The bay and black‑types are  most commonly observed in  coat color but now white markings and chestnut  coat color also observed which had previously never been seen in Misaki horses  due to  gene flow from exotic breeds (Kaseda,  1984).  The wither height of  Misaki horse  rangesom lOOcm to  120cm and weighting  around 300kg,  categorized in a mid‑sized horse breed. It has a bold body with the large head,  thin legs that were traditionally used for farming but not used as a riding horse.  (htwww.minnano‑jouba.com/mame̲ chishiki02 ̲ en.htm

. り

Tokara horse was confirmed in 1952 by Hayashida et α ,.!(1956) as a native  breed on Takarajima, a small island at the southern end of the Tokara chain of  islands  in  Japan.  The  Tokara  horse  appears  to  have  originated  from 

(20)

General Introduction 

approximately 10 unimproved horses introduced 丘omKikaijima , one of the  Amami Islands near the Tokara Islands, in  1897 (Hyashida etαl.,  1956). The  Tokara is  one of the smallest and pure breed horses in Japanese native horse  breeds that stand企om1 OOcm to 120cm with bay coat color. It is best known for  their  tolerance  to  heat  and has been used for  agriculture  and conveyance.  Nowadays it  is  simply grazed in this area. While other Japanese native horses  have been used as a riding horse, there is  no specific use for the Tokara at this  moment. (http://www.minnanojouba.com/mame̲  chishiki02 ̲en.html). 

Miyako horse  is  a Japanese  breed native  to  Miyako Island  that  is  far  southwestern region of Okinawa Prefecture.  The horse is  small‑sized horses  with  110‑120‑cm  wither  height  and  mostly  bay  or  dun  in  color.  (https://en.wikipedia.org/wiki/Miyako̲horse). They have veηr hard hooves that  can withstand the rough coral limestone trails  on the island and can tolerate  strenuous work even when provided a poor diet. Therefore, despite their small  size, Miyako horses are valued by islanders as excellent workhorses, because of  their  docile  and  obedient  nature.  Moreover,  Miyako  horses  were  more  commonly owned by the  working  class  and became a popular  means of  transport  among islanders.  Since,  Miyako horses  could not meet the  heavy  demands of fieldwork for  sugar  industry  and transport that  expanded after  World War II, Miyako horses were crossbred with western horses to  improve  their physiques, and the number of purebreds decreased rapidly (Senju etαl.,  2017a). 

Y onaguni horse is  highly pure breed to  Y onaguni Island in  westernmost  Japan,  also  called Okinawan breed.  The horses are  mostly bay colored and  small,  with  a withers  height of 110 to  120 cm. The Y onaguni horse  was  indispensable to life on the island, and each family on the island had at least one  horse foransportationbefore World War II (Shif1: o, 2010). 

(21)

13  General Introduction 

In spite of having small body size, diverse coat color, and suitable adaptability  in  harsh  environmental  condition  as  well  as  multiple  utilities  for  different  puoses;these breeds are facing considerable risks of extinction. Moreover,  origin and ancestry of these populations are still in debate. But, these breeds can  become important genetic resource for furegenetic investigation. While the  population sizes of these horses are markedly small, therefore, efforts must be  taken to  conserve the Japanese native horses.  Since, conservation genetics is  essential to understand the genetic diversity of an endangered species; various  genetic  indexes  are  used  to  assess  the  genetic  diversity  of a population,  including  microsatellite  markers  and mitochondrial  DNA (Frankham et  al.  2009).  Genetic  diversity  is  important  in  conservation  as  decreased  genetic  diversity associated with reduced fitness,  diminished population growth and  higher  extinction  risk  by inbreeding,  inbreeding  depression,  accumulating  deleterious  mutation and genetic  drift.  Various  efforts  have been taken to  increase the genetic diversity so far including formation of conservation society  in  several  breeds.  But  conservation  genetics  strategy,  an  interdisciplinary  subfield of population genetics, that aims to understand the dynamics of genes  in  populations principally to  avoid extinction,  has not been taken.  Specific  genetic  techniques  are  used to  assess  the  genomes of a species  regarding  specific  conservation issue as  well as  general population structure.  Some of  these  techniques  include  the  analysis  of single  nucleotide  polymohisms  (SNPs)  or  mutations,  mitochondrial  DNA (mtDNA),  and  Y chromosome  haplotypes have been applied on conservation genetics strategy.  Since, native  breeds may provide genetic resources of characteristics uselfor adaptation to  changing environments; efforts must be taken to conserve the Japanese native  horses as well as other endangered horse. 

Therefore, in  this  study  mitochondrial  D‑loop  region  (mtDNA) and Y  chromosome haplotypes  for  study  of origin  and ancestry  of paternal,  and 

(22)

General Introduction 

maternal lineage as well as allele frequencies and genotype distribution of genes  regarding single nucleotide polymorphisms (SNPs) and mutation on physical  performance,  body conformation,  locomotion  trait,  coat  color,  reproductive  traits  and  hereditary  disorders  in  Japanese  native  horse  population  were  investigated. 

The mtDNA and Y chromosome haplotypes result as well as genotype data  of these genes in  the Japanese native horses will  be informative for  fure breeding and conservation programs. 

1.2: OBJECTIVES 

1. Analysis of mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome haplotypes  in Japanese native horses. 

2.  A Study  on  genotyping  of  genes  related  to  wither  height,  body  conformation and locomotion traits in Japanese native horses. 

3.  A Study  on genotyping  of genes  related  to  reproductive  traits  and  hereditary disorders in Japanese native horses. 

4.  A Study on genotyping of genes related to coat color in Japanese native  horses. 

(23)

CHAPTER2 

Analysis of mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome haplotypes in  Jαrpanese native horses 

2.1:  INTRODUCTION 

There are 8 breeds of horses native to  Japan, all  of them are in  danger of  extinction except Hokkaido, and there are calls  for scientific  evidence‑based  conservation of the breed.  These horses are  important not only as  a unique  genetic resource but also as a living asset that symbolizes the regional culture.  Conservation of these  horses holds  much significance  for  building  a more  diverse society and for preserving regional identity. With the rapid progression  of mechanization, the demand for horses disappeared and breeders of these  horses undertook actions to  conserve the breed. These efforts resulted in  the  recovery of the number of horses. However, there are still  concerns about the  various  factors  that  can reduce  diversity,  including  the  harmleffects  of  inbreeding.  It  is  necessary  to  conserve  the  diversity  of theses  horse.  In  conservation program, the maintenance of genetic diversity is  a m

orobjective;  it  is  essential for a population to be able to face environmental changes in the 

印刷reand to respond to long‑term selection, either natural or artificial, for traits  of economic or cultural interest (Frankham et al., 2009) 

In evolutionary biology, the diversity of mitochondrial DNA (mtDNA), in  particular the D‑loop region, is analyzed to assess the close relationship of the  maternal lineage between breeds and within the species (Brown et al.,  1979;  Harrison,  1989; Hutchison et  al.,  1974) which is  essential  to  optimize both  conservation and utilization strategies. Furthermore, the rate of base substitution  of mtDNA is  5‑to  10‑folds greater than that of nuclear DNA, which makes  mtDNA an ideal target for analysis when determining inter  and intra species 

(24)

Mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome hαrplopes

maternal  relationship  in  evolutionaηbiology (Brown  etαl.,  1979).  For  suchpurposes, the mtDNA D‑loop  has been sequenced in various equids (Beja‑ Pereira et al.,  2004; McGahem et al.,  2006; Royo et al.,  2005; Pryspaet al.,  2012; Zhang et al., 2012; Hristov et al 2016;Sziszkosz et al., 2016; Cieslak et  al.,  201 O; Cieslak et al.,  2017; Cozzi et αl.,  2004). The mtDNA analyses of  ancient and modem domestic horses revealed that horse had multiple maternal  origins (Vila uαl.,  2001; Lei et al 2009;Cieslak et αl.,  2010). As a result,  several researchers reported on origin ad ancestry of Japanese local populations  that is  still  in debate. mtDNA as well as microsatellite markers analysis study  (Kakoi etαl.,  2007; Ishida et al 1995;Tozaki et al.,  2003) proposed origin of  Japanese native horse from Mongolia but Hayashida (1958) proposed a two‑ wave migration  hypothesis  and  reported Japanese  native  horses  had been  imported  into  Japan omsouthern  China and Mongolia at  different  time  periods. 

In this  study,  diversity of the mtDNA D‑loop region were analyzed and  attempted  to  elucidate  the  maternal  relationship  of Japanese  native  horse  population and compared genomic analysis data with previous study. 

On other hand, mutations in  the paternally transmitted portion of the Y  chromosome can help to investigate paternal lineages. In contrast to the plenty  of mutations in the mitochondrial genome and on the Y chromosome variation  of pre‑domestic horses (Lippold et al.,  2011),  no diversity was detected in the  Y chromosome of domestic  horses  awhile  (Brandariz‑Fontes et  al.,  2013;  Lindgren et al.,  2004).  In the last  few years, a few polymorphic sites  were  found  in  modem horses  leading  to  a small  number  of  haplotypes  in  contemporary domestic stallions (Ling et al.,  2010; Wallner et al.,  2013, 2017;  Kreutzmann et al.,  2014, Felkel et al.,  2018, 2019; Han et al.,  2019). 

(25)

17  Mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome haplo砂pes

Using high throughput sequencing technology Wallner et al.,  (2013) identified  the polymorphic Y‑chromosomal markers useful for tracing paternal lines and  concluded that the nucleotide variability of the modem horse Y chromosome is  extremely low, resulting in  six haplotypes (HTs), all  clearly distinct from the  Przewalski horse. Whereas, the most widespread haplotype 1 (HTl) is  ancestral  and the other five haplotypes apparently arose on the background of HTl by  mutation or gene conversion after domestication, and HT2 and HT3 are widely  distributed at high丘equenciesamong modem European horse breeds. As of the  report  of Kakoi et  al.,  (2018)  three  Y chromosome haplotypes  have been  observed in  159 male Japanese native horse populations by genotyping five Y‑

linked loci. Most of the Japanese native populations have the JHT‑1 haplotype,  which  is  widely  distributed  throughout  Japan,  and  HT2,  HT3 haplotypes  observed in  only few of these populations. Furthermore, they reported due to  low Y chromosome haplotypes  variation  in  Japanese  native  horse  it  was  difficult to find origin of fixed patriline in each population and interpretation of  the distribution of population by classifying them. But there is  possibility of  retaining more genetic variability in Japanese native horse. As Japanese local  breeds, often from remote regions, are generally not intensively selected, they  could also  retain  private variation already  lost  in  strongly  selected  modem  breeds. Autosomal, mtDNA , as well as Y chromosome haplotype studies on  ancient horses, indicate more genetic variability in rural breeds (Lippold 

u α

l.'  2011; Warmuth et al.,  2012; Librado et al.,  2017). These results could not show  much diversity,  rather  stated  the  fixation  of each  haplotype  that  influence  independent breeding and genetic dri白ineach population and suggested that,  updedtechnology may help in  elucidating the origin of the fixed patriline in  each population which could lead to an interpretation of the distribution of the  populations of ancient Japanese native horses.  Since, with the availability of a  horse Y chromosome haplotype reference  sequence and a suite  of variants 

(26)

Mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome haplotypes 

screened from a wide range of horse breeds, it  has become possible to construct  relatively high resolution  Y chromosome haplotypic  genealogies of modem  domestic  horses  (Wallner et αl.,2017;  Felkeletal.,2018,  2019;  Han et  al.,  2019). Using these resources and taking into account the retention of ancient Y  chromosome  variation  in  Asian  male  horses  (Wallner  et  αl.,  2017;  Felkel et al., 2018,  2019;  Han et  al.,  2019),  in  this  study Y chromosome  variation in  Japanese native horse populations that may reveal a signature of  ancient  paternal  variation,  is  now absent  in  many modem lineages  were  analyzed. 

By genetic analyses of Japanese native horse population using the mtDNA  and Y chromosome haplotypes, relationships of the maternal lineage between  the  eight  populations  of Japanese  native  horses,  and  fixed  origin  and  relationship  of patriline  of these  populations  were revealed  which will  be  informative for selection, breeding and印刷reconservation of these populations.  2.2: OBJECTIVES 

Analysis of mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome haplotypes in  Japanese native horses. 

2.3: MATERIALS AND METHODS 

2.3.1: MATERIALS FOR DNA ANALYSIS  a)  SAMPLING 

A large number of genomic DNA samples of eight Japanese native horses  were used for this study. These DNA samples were extracted from the blood  samples of Japanese native horses (Fig 2.1) that are collected during 1971 to  1994 as a part of field research for Asian native livestock conducted by The  Society for Research on Native Livestock (Nozawa et al.,  1998) and had  been stored in freezer at80°C.The extraction of DNA from these blood 

(27)

Mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome haplo卵 白

samples was performed according to the standard phenol/chloroform  method. 

b)  DNA EXTRACTION 

19 

Firstly, 0.2% Nacl was taken into 15 ml blood tube to wash blood cell. Then,  blood filled  tubes  were centrifuged  at  5000m for  67minutes  at  room  temperareand removed supematants, and kept the precipitates  as  well as  repeated the 2‑3steps until clear. 3000 μl TNESU‑8 buffer and 80 μl Proteinase‑ K were taken into tube and incubate 37°C for overnight. 3000 μl mixture of  Phenol: Chloroform: Isoamyl alcohol (25:24:1) were added in previous mixture  and vortexed for 5‑10 minutes, and cetrifuged the tube at  12000m for  10  minutes at  room temperature (16°C). Top layer was transferred into new tube  and previous two steps were repeated, adding 3000 μl Chloroform: Isoamyl  alcohol (24:1).  Then, 2 volume of 100% ethanol was added in tube until 1214 ml of tube  and was converted  gently.  Collecting  aggregates  of DNA and  transfer to  7 μl tube with 70% Ethanol. Finally, the tube was centrifuged at  12000 rpm for 5 minutes at 4°C temperareand ethanol was removed, dried for  10 minutes.  Later, 5‑200 μl of TE buffer were added in the tube and stored for 

h

reanalysis. 

c)  PREPARATION OF DNA SAMPLE 

To measure the nucleic acid concentration of DNA sample NanoDrop 2000  (Thermo Fisher Scientific, Waltham. Mass) was used and the DNA solution was  adjusted to the required concentration with distilled water (DW). 

2.3.2: METHODS OF DNA ANALYSIS  a)  METHODS OF mtDNA ANALYSIS 

To analysis the mtDNA from selected 183 samples, a 722 bp 企agmentof  the  D‑loop  region  of mtDNA was  amplified  using  a pair  of primer  F:  CTAGCTCCACCATCAACACC and R:  ATGGCCCTGAAGAAAGAACC. 

(28)

20  Mitochondrial DNA仰tDNA)and Y chromosome haplopes

PCR reaction were carried out in  10 μl reaction mixrecontaining 2.0 μl of  genomic DNA ( 10 ng/ μl), 0.3μ1 of 0.2μM primers , 1.0 μl of 2.0 m M  dNTP,  2.0 μI  of 5X Go Taq Green PCR buffer, 0.1  μl (0.5  U) of  Go Taq DNA  Polymerase (Promega Corporation WI, USA) for 35 cycles of denaturation at  94°C for 30 sec,  annealing at 60°C for 60 sec, and extension at 72°C for 30 sec  using Thermal Cycler Dice Touch (Takara Bio, Japan). Then PCR products  were  electrophoresed in 2‑3% Agarose gel in TAE buffer at  135 volt 15‑30  minutes, stained with 6x GR Red (Bio‑craft), and visualized under using UV  trans‑illuminator. PCR products of mtDNA D‑loop were purified and prepared  for  sequencing  according  to  Table 2.1.  The obtained  sequence data  were  aligned using MEGA? and sequences were truncated to  15,494‑15740bps to  accommodate published short  sequences and finally  generated a dataset in  length of 247 bp, between 15494 and 15740 of reference mtDNA genome  sequence X7954 7.  Neighbor joining tree was made comparing with published  data (Cieslak et  al.,  2010).  To estimate haplotype and nucleotide diversity  DNA SP.5 Software was used. 

b)  METHODS OF Y CHROMOSOME HAPLOTYPES ANALYSIS 

A set of male horse (81) representing eight Japanese native horse population  were retained for Y chromosome haplotype analysis. The allelic states of 23 Y  chromosome  haplotype‑indicative  single  nucleotide  variants  and  one  insertion/deletion variant (indel) were determined with LGC Kompetitive allele  specific  (KASP) assays  (Fig  2.2)  using a CFX96 Touch TM Real‑Time PCR  Detection System (Bio‑Rad Laboratories) according to  Wallner et al.,  2017,  Felkel et  al.,  2018  and Felkel etαl.,  2019).  Detailed  information  for  the  haplotype‑indicative markers is  shown in  Table 2.2. Based on the allelic states  of  these  loci  haplogroup  clustering  were  inferred  according  to  network  identified by Felkel et al., (2018), Han et al.,  (2019), Wallner et al, 2017 and  unpublished,  by manually imputing the  allelic  states  of 159  Markers.  The 

(29)

21  Mitochondrial DNA (mtDNA)αnd Y chromosome haplotypes 

observed Japanese Y chromosome haplotypes were visualized using Median‑ Joining network generated with NETWORK 4.6.1.6  and by applying the Y  chromosome haplotypes phylogeny generated by Felkel  et  al.,  (2018)  as  a  framework (Fig 2.4). 

2.4.1: RESULT AND DISCUSSION (mtDNA) 

In this sdy,mtDNA D‑loop region of eight Japanese native horses were  analyzed. As of the result, the sequences of the 247bp (15594‑15740) obtained 

omeight populations of Japanese native horses indicate the presence of 15  different haplotypes. Kiso have 10 haplotype with highest number as compared  to Miyako, Misaki, Hokkaido, Taishu, Yonaguni, Noma and Tokara have 4,  3,  3,  2, 2, 1 and  1 haplotypes, respectively. The haplotype and nucleotide diversity  value were estimated 0 to 0.874 and 0 to 0.023, respectively, except the Noma  and Tokara which revealed  no diversity  as  it  possessed  single  haplotype.  Particularly, the haplotype and nucleotide diversity value were highest in Kiso  horse (Table 2.3). Furthermore, Table 2.4 shows that, there are 30 segregating  sites  and six  common (JP‑1, JP‑2, JP

1

JP4,JP‑10 and JPI・4)haplotypes  among the populations, and the remaining haplotypes have unique for  each  haplotype,  whereas  some  of  Hokkaido,  Kiso  and  Miyako  possess  new  haplotype. I drawn a N‑J tree to confirm the diversity of Japanese native horse  comparing the results omthe 87 haplotypes of ancient and modem diverse  breeds  of horses  reported  by  Cieslak  et  al.,  2010  with  Japanese  native  population and found about 44% of Japanese native horse cluster  of X3cl  haplotype which is  regarded as  ancient haplotype mostly found in  modem  horses.  Furthermore,  ancient  lineage  of haplotype A,Bl,X2,D2,D2d,K2  and  X7al also observed in these populations (Table 2.5, Fig 2.3). 

(30)

Mitochondrial DNA (mtDNA)αnd Y chromosome haplotypes 

Ishida et  al.,  (1995) conducted  a phylogenetic  study  on thoroughbreds,  Japanese (Hokkaido) horses, Mongolian horses, and Przewalskiis horses using  mtDNA D‑loop region and suggested that the Asian horses were similar to each  other and distinctomthoroughbreds. 

Furthermore, Using 33 biochemical genetic loci  and horses belonging to  Japanese native horses, Asian as well as European horses Nozawa et al.,  (1998)  investigated the  phylogenetic relationships between native and other horses,  and concluded that  native  Japanese and Asian horses  had descended from  Mongolian horses. Evolution of Japanese native horses was inconsistent with  the two‑wave migration reported by Hyashida (1958). 

Tozaki et  αl.,  (2003)  analyzed  the  genetic variation and  phylogenetic  relationship  of Japanese  native  horses,  Asian  mainland  horse  as  well  as  European horses  using  20 microsatellite  loci,  and supported  that  Japanese  horses originated from Mongolian horses through the Korean Peninsula as well  as  the  genetic  relationship  of  Japanese  horses  coπesponded  to  their  geographical distribution. 

In addition, Kakoi et alリ(2007)reported on 318 horses企om11 populations  including seven Japanese native horses and European light‑and heavy‑breed  from 15437‑15847 (4llbp) of mtDNA D‑loop region and stated 12 haplotypes  with 33 variable sites, whereas Hokkaido Kiso,Taishu and Misaki had three  haplotypes, Noma and Y onaguni had two haplotypes, and Tokara had only one.  There  was no  common  haplotype  across  all  populations.  Furthermore,  haplotypes and nucleotides diversity values were ranged from 0.14‑0.62 and  0.001‑0.010,respectively,  except Tokara  which revealed  no  diversity  and  analyzed haplotypes were distributed across six  cluster including (A‑F), and  concluded that each Japanese native population was formed by the distribution  across Japan of the founder populations derived from Mongolian horses and the 

(31)

23  Mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome haplo砂'PeS

genetic  construction of each population appears to  have been derived企om independent breeding in each local area and affected by drastic genetic drift in  recent  times  that  highlighting  the  evolutionary  process  for  elucidation  of  ancestry. 

Takasu et  al.,  2014 reported on 136 Kiso horses based on 411 bp from  15,437  to  15,847  of mtDNA D‑loop region  and  found  that,  number of  haplotype,  haplotype and nucleotide diversity were 7, 0.79 ± 0.01, and 0.017 0.009, respectively. The results suggested the diversity of maternal lineage in  the Kiso horse was reasonably maintained. Furthermore, they also  suggested  that  various  horses  that  came to  Japan  stayed  at  Kiso region  and became  ancestors of Kiso horse and also genetically supported the theory that the Kiso  horse was historically improved by other Japanese native horse breeds. Finally,  the  distribution  result  suggested  that  diversity  of maternal  lineage  would  possibly be reducing in Kiso horses. 

Senju  et  al.,  2017a reported  on 78  Yonaguni horses  by genotyping  32  microsatellites and 411 bp mtDNA D‑loop from 15437‑15847 and found that  the  average  number  of  alleles,  observed  heterozygosity,  and  expected  heterozygosity were 4.4, 0.591 and 0.601, respectively. In addition two mtDNA  haplotypes were confirmed and suggested that genetic diversity of Y onaguni  horses was not particularly low in comparison with that of other breeds that are  at risk of extinction. 

Senju  et  αl.,  2017b  reported  on  35  Miyako  horses  by genotyping  32  microsatellites and 411 bp mtDNA D‑loop from 15437‑15847 and found that  the  average  number  of  alleles,  observed  heterozygosity,  and  expected  heterozygosity were 4.2, 0.701 and 0.649 respectively. In addition, one mtDNA  haplotype was confirmed and suggested Miyako horses have experienced a  recent genetic bottleneck. 

(32)

24  Mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome haplo砂'PeS

Recently,  Kobayashi  et  al., 2019  reported  on  77  Misaki  horses  by  genotyping 32 microsatellites  and 411 bp mitochondrial DNA D‑loop企om 15437‑15847  and  found  that  the  average  number  of  alleles,  observed  heterozygosity, and  expected  heterozygosity  were  3.4,  0.509,  and  0.497,  respectively.  Furthermore,  three  mtDNA haplotypes  were  confirmed  and  suggested that Misaki horses experienced a bottleneck, but it  was neither severe  nor recent. 

A study on 207 ancient reminds and worldwide 1754 modem horse breeds  by Cieslak et al., (2010) was done based on the  sample set ranged from Alaska  and North East  Siberia  to  Iberian  Peninsula,  andomlate  Pleistocene to  modem times. They found 87 ancient haplotypes, 39 haplotypes were confirmed  to survive in modem breeds including X2, D3, X2b, X3cl, I,  F, Bl and A,  and  remaining 48 ancients haplotypes were extinct including Bla, Bib, B2, B3C, Cl, DJ, D2a, D2b, D2c, D2f, D3a, El, G, G2, Gx4a, Hlb, 12a, J, K2b2,  K3al, XI, X2d, X2c, X3a, X3b, X3cla, X3c2, X3d, X4, X5a, X6, X6a, X6b,  X6c, X7, X7a2, X8, X8a, X9‑12, X13, Xl4‑15, X16 and Xl 7.  They concluded  that, genetic variation in modem horses may be due to multiple origins, large  number of female founder and large scale introgression of local lineages into  domestic stock. Furthermore, suggested that, huge diversity of horses mtDNA  is  not consequence of breeding but feature that already present in  wild horse  populations. 

Therefore, according to  this  study number of haplotypes, nucleotides as  well as haplotype diversity were more than previous study (Kakoi etαl.,  2007;  Takasu et al., 2014; Senju  et  al., 2017a,  b;  Kobayashi  et  αl., 2019),  particularly  in  Kiso  and Miyako  indicating  Japanese  native  horses  are  m  alarming situation  for  conservation now. The population of these Japanese  native horses has dramatically reduces in recent times and mostly reared for  conservation puosesin  some local areas.  So, there might be possibility of 

(33)

25  Mitochondrial DNA (mtDNA)αnd Y chromosome hαplotypes 

reducing genetic diversity due to  inbreeding or genetic drift.  Moreover, the  sample of our study is  relatively older than previously reported study. 

Since, few Japanese native horse have common haplotype indicating that,  they might be possesses common ancestor. According to the literature as well  as previous reports Japanese horse populations are descendedomMongolian  horses through the Korean peninsula and have spread all  over Japan as there  were no horses in Japan about 2,000 years ago and these populations localized  to  the particular areas in Japan, and affected by the gene flow of each other  (Tozaki, 2003).  Sharing of common haplotypes between Hokkaido and Kiso  may be explained by Hokkaido were imported企omthe main island of Japan  around the 15th cenry(Miyakami, 2006; Kondo, 2012), whereas Kiso lived in  Main island of Kiso region, Nagano Prefecture, there might be possibility of  gene flow in each other. While, sharing of common haplotypes of other horses  are still unresolved. In addition, X3cl haplotypes sharing mostly in all of these  populations may be explained by founder population of these native horses  derived  from same ancestor.  Furthermore, the  two Okinawan horse breeds,  known to  have originated  during the  reign  of the  R戸水戸lKingdom, have  traditionally been known to have a close relationship which was later confirmed  by Senju et al.,  (2018) and stated that genetic relationship of the Okinawan  horse breeds may be close, also suggested that, as origin of Tokara horses are  geographically close to  Okinawa. Therefore, it  is  possible that Tokara horses  might be genetically close to the Okinawan horses. 

Since, most of Japanese native horse clustered in X3cl, A, Bl, X2, D2, D2d,  K2 and X7 al haplotype which is  regarded as ancient haplotype mostly found in  modem horses. Therefore, Japanese native horses might be possessed ancestral  genetic features maternally. 

(34)

Mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome haplo砂pes

2.4.2: RESULTS AND DISCUSSION (Y CHROMOSOME HAPLOTYPES)  In  this  sdy, allelic  states  of 24  Y chromosome  haplotype‑indicative  markers were analyzed using KASP assays. As the result, total 8 Y chromosome  haplotypes were detected among the 81 Japanese native horses (Fig 2.4).  The  number of horses exhibiting each Y chromosome haplotype and the percentage  of the  Y chromosome haplotypes  in  Japanese native  horse populations  are  provided  in  Table  2.6.  About  14% (n=l l)  of the  Japanese  native  horses  haplotypes were located at HAT, which lies at the root of the crown group (A‑ L‑S‑T) that includes modem horse breeds. All the horses from the Kiso, Misaki  and some of Miyako populations have haplotypes Ta and Tb‑d. About 36% (n 29) of the Japanese native horse have haplotypes A and Ao‑1. Where, about 4% 

among all  horses  and  about  30% of Miyako horse  have haplotype  H,  a  haplotype recently reported by Felkel et al.,  (2019). It is  noteworthy that about  27% (n=22) of Japanese native horses were situated between the root nodes  HAT and NRMIJYHAT (Fig 2.4), in particular about 22% (n 18)of horses had  RMIJYHA T haplotypes, a root from M to R, whereas R has been dated to little  earlier  than N, a node has been dated to  1400 Year before Present (YBP)  (unpublished).  Furthermore,  Yonaguni (n3),Miyako (n=l)  had MIJYHAT  haplotype root between HAT to M group including I,  J and Y. This findings  indicate that, one‑third of Japanese native horses Y chromosome lineages have  roots as old as earlier of 1400 YBP 

Wallner  et  al.,  (2017)  resolve  the  Y chromosome  genealogy  of  modem horses by screening  1.46  Mb of the  male‑specific  region  of the  Y  chromosome  (MSY)  in  52  horses 企om 21 breeds  based  on  highly  accurate pedigree data  and estimated the  de novo mutation rate of the  horse  MSY, and showed that various modem horse Y chromosome lineages  split  much later than the domestication of the horses. Furthermore,  they showed that  apartomfew private Northern European haplotypes (N and I,  time of  most 

Fig 3 . 2 :  Ambling g a i t  i n  h o r s e  
Fig 5 . 1 :   MCI  R s i g n a l i n g  i n   c o α t   c o l o r  f o r m a t i o n  i n   h o r s e
Fig 5 . 3 :   D e t e r m i n a t i o n  of  dun c o α t  c o l o r   By  l m s l a n d  e t  a l

参照

Outline

関連したドキュメント

Most relevant in terms of our own purposes is the dual- analogy to be drawn here between the diachronic (the video film as a product to be seen)

In this model, the nature of language is perceived to be something which takes place only in the brain, human behavior such as speaking, is seen as

The Spino-Bulbar Tracts. Surgical Clinic of Kanazawa University School of Medicine. In fact, in the centrifugal half the dual innervation of the viscera was elucidated

Activin A together with 1% Nile Blue (vital dye) was microinjected into the lateral sub-epidermal space of Xenopus neurula embryos (stagel6). Scale bar, lmm. b) Inversion

A distant metastasis of the cancer to the supraclavicular node is occasionally found in patients with far-advanced cancer of the alimentary tract.. But,

In the vesicular seminalis of the male, a folded thick and elastic substance is stuck to the epidermis of spermatophore and a chitin-like pterigoid tissue is

[r]

[r]